Целями ОИЯИ определили мирные исследования в области ядерной физики и физики высоких энергий. При создании Института СССР передал в его состав территорию в районе города Дубна Калининской, а позже Московской области и два ускорителя: протонный синхроциклотрон с энергией 680 МэВ в составе Института ядерных проблем АН СССР и строящийся протонный синхротрон — синхрофазотрон — на рекордную энергию 10 ГэВ в составе Электрофизической лаборатории АН СССР. Директором нового Института был избран член-корреспондент АН СССР Дмитрий Блохинцев.
Строительство нового Института началось с создания лабораторий, легших в основу его структуры. Первыми лабораториями стали Лаборатория теоретической физики (ЛТФ), Лаборатория ядерных проблем (на базе ИЯП АН СССР), Лаборатория высоких энергий (на базе ЭФЛАН СССР) и Лаборатория нейтронной физики (ЛНФ). Чуть позже была образована Лаборатория ядерных реакций (ЛЯР). Одновременно с продолжением работы синхроциклотрона и завершением строительства синхрофазотрона, пуск которого состоялся в апреле 1957 года, в ОИЯИ проектировались и строились новые установки: уникальный импульсный источник нейтронов — исследовательский реактор ИБР, и ускоритель тяжелых ионов — циклотрон У-300.
Исследования на синхроциклотроне были направлены в основном на исследование свойств пиона и мюона, а также нуклон-нуклонных и пион-нуклонных взаимодействий при промежуточных энергиях. Кроме того, протонные пучки синхроциклотрона позволили развернуть радиохимические исследования и начать первые биофизические эксперименты.
Создание экспериментальной аппаратуры заложило основы методических исследований и разработки новых типов детекторов элементарных частиц, позволило создать значительный задел по физике низких температур (в 1965 году в ОИЯИ была получена самая низкая в мире температура 0,22 К, а впоследствии — 25 мК), освоить проектирование и создание новых ускорителей — циклотронов. Некоторые из этих ускорителей впоследствии успешно работали в странах-участницах ОИЯИ Чехословакии, Польше, Узбекистане.
Наступившие в странах-участницах экономические трудности 1990-х не позволили вывести этот ускоритель на проектные параметры и до своей полной остановки в 2023 году он работал преимущественно в целях протонной терапии рака. Следует заметить, что пионерские работы в этой области были начаты также в ОИЯИ в 1967 году на пучках синхроциклотрона ЛЯП.
Вторая крупная установка — протонный синхрофазотрон на энергию 10 ГэВ, с магнитом 36000 тонн — оставалась рекордной в течение почти трех лет, вплоть до пуска протонного синхротрона в CERN. На синхрофазотроне интернациональным коллективом под руководством Ван Ганьчана была открыта новая частица — антисигма-минус-гиперон. Были выполнены измерения сечений протон-протонных и протон-ядерных реакций в широком диапазоне энергий и ядер, установлены важные закономерности их взаимодействия.
Однако с пуском в СССР ускорителя У-70 в 1967 году эксперименты на рекордно высоких энергиях протонов переместились в подмосковное Протвино. Группы физиков ОИЯИ активно включились в эти эксперименты, положив начало многолетнему успешному сотрудничеству ОИЯИ и Института физики высоких энергий (ИФВЭ). Что касается синхрофазотрона, то он был переориентирован на ускорение тяжелых ядер и получение поляризованных пучков протонов и дейтронов.
Важное место в истории ОИЯИ занимает изучение нейтрино. Еще в 1957 году работавший в Дубне физик Бруно Понтекорво предложил механизм нейтринных осцилляций. Экспериментальные поиски осцилляций сотрудники ОИЯИ вели на ускорителях в Дубне и Протвино, а впоследствии и в составе международных коллабораций на базе других научных центров мира.
В настоящее время ОИЯИ участвует в нейтринных экспериментах O, JUNO, NOvA, экспериментах на Калининской АЭС, а также в эксперименте по поиску электрон-мюонных осцилляций COMET. Кроме того, ОИЯИ активно участвует в серии низкофоновых нейтринных экспериментов по поиску двойного безнейтринного бета-распада.
Кроме нейтринных экспериментов, важное место в работе ОИЯИ занимает нейтринная астрономия. В сотрудничестве с Институтом ядерных исследований (ИЯИ) РАН и рядом других институтов ОИЯИ создает глубоководный нейтринный телескоп Baikal-GVD на озере Байкал, с проектным объемом 1 км³. Поисковые и методические работы были начаты в ИЯИ РАН еще в середине 1980-х годов, а ОИЯИ присоединился к ним десятилетием позже.
В области ядерной физики наиболее известными результатами ОИЯИ являются новые химические элементы. Это направление работ было инициировано академиком Георгием Флеровым. Линейка специализированных циклотронов У-300, У-400, У-400М и ДЦ-280 («Фабрика сверхтяжелых элементов»), в сочетании с созданием уникальной экспериментальной аппаратуры, успехами в радиохимии, оригинальной постановкой и проведением экспериментов позволили достичь впечатляющих результатов.
В ОИЯИ были синтезированы 14 новых химических элементов (No, Rf, Lr, Db, Sg, Bh, Hs, Cn. Fl, Lv, Nh, Mc, Ts, Og), из них 10 — впервые. Кроме синтеза сверхтяжелых элементов, Лаборатория ядерных реакций ведет интересные работы по изучению свойств легких экзотических ядер и прикладные работы в области радиационного материаловедения и нанотехнологий.
Вокруг реактора был сооружен и впоследствии неоднократно модернизирован комплекс спектрометров, которые позволяют получать уникальные данные о строении и структуре вещества для решения задач биологии, материаловедения, экологии, нанонауки. Сам реактор был также модернизирован до ИБР-30. Позже был построен новый реактор — ИБР-2, физический пуск которого состоялся в 1977 году. После еще одной модернизации в 2010 году реактор ИБР-2М по-прежнему является одним из лучших в мире источников нейтронов с высокой плотностью потока.
В настоящее время ОИЯИ динамично развивает свою исследовательскую инфраструктуру, ведет широкий фронт фундаментальных и прикладных исследований и остается важным центром обмена знаниями и подготовки кадров. За последние годы были установлены связи с КНР, Бразилией и Мексикой на уровне правительств этих стран. 70 лет успешной истории ОИЯИ доказывают, что наука сближает народы, и позволяют смотреть в будущее с оптимизмом.
За каждым из этих достижений — за каждым гигаэлектронвольтом, синтезированным изотопом и зарегистрированным нейтрино — стоят люди, подчеркнул ученый.
«Интеллект, профессионализм и талант нашего многонационального коллектива — главная движущая сила ОИЯИ. Выражаю искреннюю благодарность ученым, инженерам, специалистам технических и административных служб за вклад в успех наших проектов, за ежедневный труд и преданность общему делу», — добавил Григорий Трубников.